Les premières étoiles de l’univers étaient des bêtes monstrueuses. Composés uniquement d’hydrogène et d’hélium, ils pourraient être 300 fois plus massifs que le Soleil. En leur sein, les premiers éléments les plus lourds se sont formés, puis rejetés dans le cosmos à la fin de leur courte vie. Ils étaient les graines de toutes les étoiles et planètes que nous voyons aujourd’hui. Une nouvelle étude publiée dans Science suggère que ces anciens ancêtres ont créé plus que les éléments naturels.
À l’exception de l’hydrogène, de l’hélium et de quelques traces d’autres éléments légers, tous les atomes que nous voyons autour de nous ont été créés par des processus astrophysiques, tels que les supernovae, les collisions d’étoiles à neutrons et les collisions de particules de haute énergie. Ensemble, ils ont créé des éléments plus lourds jusqu’à l’uranium 238, qui est l’élément naturel le plus lourd. L’uranium se forme lors de collisions de supernova et d’étoiles à neutrons selon ce que l’on appelle le processus r, dans lequel les neutrons sont rapidement capturés par les noyaux atomiques pour devenir un élément plus lourd. Le processus R est complexe et il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur la manière dont il se produit ou sur sa limite de masse supérieure. Cette nouvelle étude suggère cependant que le processus r dans les toutes premières étoiles aurait pu produire des éléments beaucoup plus lourds avec des masses atomiques supérieures à 260.
L’équipe a étudié 42 étoiles de la Voie Lactée dont la composition élémentaire est bien comprise. Plutôt que de simplement rechercher la présence d’éléments plus lourds, ils ont étudié l’abondance relative des éléments dans toutes les étoiles. Ils ont constaté que l’abondance de certains éléments tels que l’argent et le rhodium ne correspond pas à l’abondance prévue par la nucléosynthèse connue par processus r. Les données suggèrent que ces éléments sont les restes de désintégration de noyaux beaucoup plus lourds de plus de 260 unités de masse atomique.
En plus du processus r de capture rapide de neutrons, il existe deux autres manières de créer des noyaux atomiques lourds : le processus p, dans lequel des noyaux riches en neutrons capturent des protons, et le processus s, dans lequel un noyau germe peut capturer un neutron. Mais aucun de ces éléments ne peut créer une accumulation rapide de la masse nécessaire aux éléments autres que l’uranium. Et ce n’est que dans les étoiles hypermassives de première génération que la nucléosynthèse par processus r aurait pu générer de tels éléments.
Ainsi, l’étude suggère que le processus R pourrait créer des éléments bien au-delà de l’uranium, et qu’il l’a probablement fait au sein des premières étoiles de l’univers. À moins qu’il n’y ait un îlot de stabilité pour certains de ces éléments ultra-lourds, ils se seront depuis longtemps décomposés en éléments naturels que nous voyons aujourd’hui. Mais le fait qu’ils aient existé aidera les scientifiques à mieux comprendre le processus R et ses limites.
Plus d’information:
Ian U. Roederer et al, Les modèles d’abondance des éléments dans les étoiles indiquent la fission de noyaux plus lourds que l’uranium, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adf1341. Sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.06844